Rapsista tuotetun biodieselin ja vehnästä tuotetun bioetanolin energiavirrat ja ympäristövaikutukset Euroopan unionissa

The aim of this thesis was to study the crops currently used for biofuel production from the following aspects: 1. what should be the average yield/ ha to reach an energy balance at least 0 or positive 2. what are the shares of the primary and secondary energy flows in agriculture, transport, processing and usage, and 3. overall effects of biofuel crop cultivation, transport, processing and usage. This thesis concentrated on oilseed rape biodiesel and wheat bioethanol in the European Union, comparing them with competing biofuels, such as corn and sugarcane-based ethanol, and the second generation biofuels. The study was executed by comparing Life Cycle Assessment-studies from the EU-region and by analyzing them thoroughly from the differences viewpoint. The variables were the following: energy ratio, hectare yield (l/ha), impact on greenhouse gas emissions (particularly CO2), energy consumption in crop growing and processing one hectare of a particular crop to biofuel, distribution of energy in processing and effects of the secondary energy flows, like e.g. wheat straw. Processing was found to be the most energy consuming part in the production of biofuels. So if the raw materials will remain the same, the development will happen in processing. First generation biodiesel requires esterification, which consumes approximately one third of the process energy. Around 75% of the energy consumed in manufacturing the first generation wheat-based ethanol is spent in steam and electricity generation. No breakthroughs are in sight in the agricultural sector to achieve significantly higher energy ratios. It was found out that even in ideal conditions the energy ratio of first generation wheat-based ethanol will remain slightly under 2. For oilseed rape-based biodiesel the energy ratios are better, and energy consumption per hectare is lower compared to wheat-based ethanol. But both of these are lower compared to e.g. sugarcane-based ethanol. Also the hectare yield of wheat-based ethanol is significantly lower. Biofuels are in a key position when considering the future of the world’s transport sector. Uncertainties concerning biofuels are, however, several, like the schedule of large scale introduction to consumer markets, technologies used, raw materials and their availability and - maybe the biggest - the real production capacity in relation to the fuel consumption. First generation biofuels have not been the expected answer to environmental problems. Comparisons made show that sugarcane-based ethanol is the most prominent first generation biofuel at the moment, both from energy and environment point of view. Also palmoil-based biodiesel looks promising, although it involves environmental concerns as well. From this point of view the biofuels in this study - wheat-based ethanol and oilseed rape-based biodiesel - are not very competitive options. On the other hand, crops currently used for fuel production in different countries are selected based on several factors, not only based on thier relative general superiority. It is challenging to make long-term forecasts for the biofuel sector, but it can be said that satisfying the world's current and near future traffic fuel consumption with biofuels can only be regarded impossible. This does not mean that biofuels shoud be rejected and their positive aspects ignored, but maybe this reality helps us to put them in perspective. To achieve true environmental benefits through the usage of biofuels there must first be a significant drop both in traffic volumes and overall fuel consumption. Second generation biofuels are coming, but serious questions about their availability and production capacities remain open. Therefore nothing can be taken for granted in this issue, expect the need for development.

Women, environmental changes and forestry-related development : Gender-affected roles of rural people in land degradation and environmental rehabilitation in a dry region of Sudan

The purpose of the present study was to increase understanding of the interaction of rural people and, specifically, women with the environment in a dry area in Sudan. The study that included both nomadic pastoralists and farmers aimed at answering two main research questions, namely: What kinds of roles have the local people, and the women in particular, had in land degradation in the study area and what kinds of issues would a gender-sensitive, forestry-related environmental rehabilitation intervention need to consider there? The study adopted the definition of land degradation as proposed by the United Nations Convention to Combat Desertification (UNCCD), which describes land degradation as reduction or loss the biological or economic productivity and complexity of land in arid, semi-arid and dry sub-humid areas. The Convention perceives desertification as land degradation. The dry study area in Sudan, South of the Sahara, has been the subject of land degradation or desertification discussions since the 1970s, and other studies have been also conducted to assess the degradation in the area. Nevertheless, the exact occurrence, scale and local significance of land degradation in the area is still unclear. This study explored how the rural population whose livelihood depended on the area, perceived environmental changes occurring there and compared their conceptions with other sources of information of the area such as research reports. The main fieldwork methods included interviews with open-ended questions and observation of people and the environment. The theoretical framework conceptualised the rural population as land users whose choices of environmental activities are affected by multiple factors in the social and biophysical contexts in which they live. It was emphasised that these factors have their own specific characteristics in different contexts, simultaneously recognising that there are also factors that generally affect environmental practices in various areas such as the land users' environmental literacy (conceptions of the environment), gender and livelihood needs. The people studied described that environmental changes, such as reduced vegetation cover and cropland production, had complicated the maintenance of their livelihoods in the study area. Some degraded sites were also identified through observations during the fieldwork. Whether a large-scale reduction of cropland productivity had occurred in the farmers' croplands remained, however, unclear. The study found that the environmental impact of the rural women's activities varied and was normally limited. The women's most significant environmental impact resulted from their cutting of trees, which was likely to contribute, at least in some places, to land degradation, affecting the environment together with climate and livestock. However, when a wider perspective is taken, it becomes questionable whether the women have really played roles in land degradation, since gender, poverty and the need to maintain livelihood had caused them to conduct environmentally harmful activities. The women have had, however, no power to change the causes of their activities. The findings further suggested that an inadequate availability of food was the most critical problem in the study area. Therefore, an environmental programme in the area was suggested to include technical measures to increase the productivity of croplands, opportunities for income generation and readiness to co-operate with other programmes to improve the local people's abilities to maintain their livelihoods. In order to protect the environment and alleviate the women's work burden, the introduction of fuel-saving stoves was also suggested. Furthermore, it was suggested that increased planting of trees on homesteads would be supported by an easy availability of tree seedlings. Planting trees on common property land was, however, perceived as extremely demanding in the study area, due to scarcity of such land. In addition, it became apparent that the local land users, and women in particular, needed to allocate their labour to maintain the immediate livelihood of their families and were not motivated to allocate their labour solely for environmental rehabilitation. Nonetheless, from the point of view of the existing social structures, women's active participation in a community-based environmental programme would be rather natural, particularly among the farmer women who had already formed a women's group and participated in communal decision making. Forming of a women group or groups was suggested to further support both the farmer women's and pastoral women's active participation within an environmental programme and their general empowerment. An Environmental programme would need to acknowledge that improving rural people's well-being and maintaining their livelihood in the study area requires development and co-operation with various sectors in Sudan.

Nitrogen dynamics and nitrogen use efficiency of spring cereals under Finnish growing conditions

Nitrogen (N) is one of the main inputs in cereal cultivation and as more than half of the arable land in Finland is used for cereal production, N has contributed substantially to agricultural pollution through fertilizer leaching and runoff. Based on this global phenomenon, the European Community has launched several directives to reduce agricultural emissions to the environment. Trough such measures, and by using economic incentives, it is expected that northern European agricultural practices will, in the future, include reduced N fertilizer application rates. Reduced use of N fertilizer is likely to decrease both production costs and pollution, but could also result in reduced yields and quality if crops experience temporary N deficiency. Therefore, more efficient N use in cereal production, to minimize pollution risks and maximize farmer income, represents a current challenge for agronomic research in the northern growing areas. The main objective of this study was to determine the differences in nitrogen use efficiency (NUE) among spring cereals grown in Finland. Additional aims were to characterize the multiple roles of NUE by analysing the extent of variation in NUE and its component traits among different cultivars, and to understand how other physiological traits, especially radiation use efficiency (RUE) and light interception, affect and interact with the main components of NUE and contribute to differences among cultivars. This study included cultivars of barley (Hordeum vulgare L.), oat (Avena sativa L.) and wheat (Triticum aestivum L.). Field experiments were conducted between 2001 and 2004 at Jokioinen, in Finland. To determine differences in NUE among cultivars and gauge the achievements of plant breeding in NUE, 17-18 cultivars of each of the three cereal species released between 1909 and 2002 were studied. Responses to nitrogen of landraces, old cultivars and modern cultivars of each cereal species were evaluated under two N regimes (0 and 90 kg N ha-1). Results of the study revealed that modern wheat, oat and barley cultivars had similar NUE values under Finnish growing conditions and only results from a wider range of cultivars indicated that wheat cultivars could have lower NUE than the other species. There was a clear relationship between nitrogen uptake efficiency (UPE) and NUE in all species whereas nitrogen utilization efficiency (UTE) had a strong positive relationship with NUE only for oat. UTE was clearly lower in wheat than in other species. Other traits related to N translocation indicated that wheat also had a lower harvest index, nitrogen harvest index and nitrogen remobilisation efficiency and therefore its N translocation efficiency was confirmed to be very low. On the basis of these results there appears to be potential and also a need for improvement in NUE. These results may help understand the underlying physiological differences in NUE and could help to identify alternative production options, such as the different roles that species can play in crop rotations designed to meet the demands of modern agricultural practices.

Gene flow from transgenic plant populations: models and applications for risk assessment

The future use of genetically modified (GM) plants in food, feed and biomass production requires a careful consideration of possible risks related to the unintended spread of trangenes into new habitats. This may occur via introgression of the transgene to conventional genotypes, due to cross-pollination, and via the invasion of GM plants to new habitats. Assessment of possible environmental impacts of GM plants requires estimation of the level of gene flow from a GM population. Furthermore, management measures for reducing gene flow from GM populations are needed in order to prevent possible unwanted effects of transgenes on ecosystems. This work develops modeling tools for estimating gene flow from GM plant populations in boreal environments and for investigating the mechanisms of the gene flow process. To describe spatial dimensions of the gene flow, dispersal models are developed for the local and regional scale spread of pollen grains and seeds, with special emphasis on wind dispersal. This study provides tools for describing cross-pollination between GM and conventional populations and for estimating the levels of transgenic contamination of the conventional crops. For perennial populations, a modeling framework describing the dynamics of plants and genotypes is developed, in order to estimate the gene flow process over a sequence of years. The dispersal of airborne pollen and seeds cannot be easily controlled, and small amounts of these particles are likely to disperse over long distances. Wind dispersal processes are highly stochastic due to variation in atmospheric conditions, so that there may be considerable variation between individual dispersal patterns. This, in turn, is reflected to the large amount of variation in annual levels of cross-pollination between GM and conventional populations. Even though land-use practices have effects on the average levels of cross-pollination between GM and conventional fields, the level of transgenic contamination of a conventional crop remains highly stochastic. The demographic effects of a transgene have impacts on the establishment of trangenic plants amongst conventional genotypes of the same species. If the transgene gives a plant a considerable fitness advantage in comparison to conventional genotypes, the spread of transgenes to conventional population can be strongly increased. In such cases, dominance of the transgene considerably increases gene flow from GM to conventional populations, due to the enhanced fitness of heterozygous hybrids. The fitness of GM plants in conventional populations can be reduced by linking the selectively favoured primary transgene to a disfavoured mitigation transgene. Recombination between these transgenes is a major risk related to this technique, especially because it tends to take place amongst the conventional genotypes and thus promotes the establishment of invasive transgenic plants in conventional populations.

Ympäristöluvan ja kasvihuonekaasujen päästöluvan yhdentäminen : Lupajärjestelmien oikeudellisen integroinnin tarkastelu

Ympäristönsuojeluoikeudellisessa sääntelyssä on sekä kansainvälisesti että kansallisesti viime vuosikymmeninä tavoiteltu lupajärjestelmien yhdentämistä. OECD:ssä esitettiin jäsenmaille suositus pilaantumiskontrollin lainsäädännölliseksi yhtenäistämiseksi vuonna 1991. Samaan aikaan EU:ssa alettiin valmistella ohjausvälinettä yhdennettyyn pilaantumisen ehkäisemisen ja vähentämisen sääntelyyn, IPPC- eli YPEV-direktiiviä (96/61/EY). Suomessa direktiivi saatettiin voimaan ympäristönsuojelulainsäädännön uudistuksen yhteydessä ympäristönsuojelulailla (86/2000, YSL). Sittemmin maailmanyhteisön keskiöön yltänyttä, YK:n ilmastopuitesopimukseen ja edelleen Kioton pöytäkirjaan pohjaavaa kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistä säännellään EU:ssa erillisellä päästökauppadirektiivillä (2003/87/EY). Direktiivi on Suomessa implementoitu päästökauppalailla (683/2004, PKL). Mainitut direktiivit sisältävät kumpikin lupajärjestelmän: YPEV-direktiivi ympäristölupajärjestelmän ja päästökauppadirektiivi kasvihuonekaasujen päästölupajärjestelmän. Näiden synergistä koordinointia tai sovittamista toisiinsa painotetaan toistuvasti päästökauppadirektiivin valmisteluasiakirjoissa. Päästökauppadirektiivin 8 artiklassa säädetään lupajärjestelmien koordinoinnin ja samalla tämän työn kysymyksenasettelun kannalta keskeisesti direktiiveihin pohjaavien lupien keskinäisestä sovittamisesta. Ympäristölupasäännöstö ja kasvihuonekaasujen päästölupasäännöstö (päästöoikeussäännöstö) ilmentävät kuitenkin kahta perustaltaan erilaista päästökontrollin ohjausvälinettä. Ympäristölupajärjestelmä on osa perinteistä hallinnollista sääntelyjärjestelmää, jossa yksittäisillä laitoskohtaisilla lupapäätöksillä ja niihin sisältyvillä lupamääräyksillä ohjataan toimintojen ympäristöllisiä vaikutuksia. Päästöoikeussäännöstö puolestaan rakentuu uudemman, markkinapohjaisiin mekanismeihin pohjaavan sääntelyn varaan. Päästöoikeuslupa nähdään valvonnallisena ja informatiivisena hallinnollis-teknisenä lupana, joka ei itsessään sisällä päästörajoituksia, vaan edulliset ympäristövaikutukset välittyvät päästökauppajärjestelmässä säännellyn päästöoikeuksien kokonaismäärän kautta. Ympäristölupa ja kasvihuonekaasujen päästölupa ovat siten oikeudelliselta luonteeltaan varsin eriäviä. Tässä työssä on selvitetty oikeudellisen integroinnin näkökulmasta, miten mainittujen kahden lupajärjestelmän yhdentäminen ilmenee tai miten sen mahdollisesti tulisi ilmetä yhtäältä säädössystematiikassa ja toisaalta hallintotyön organisoinnissa. Eräänlaisena hypoteettisena lähtökohtana työssä on ollut integroinnin edullisuus, joka taas heijastuu integroidun päästösääntelyn ympäristön ja sen elementtien kokonaisuuden painotuksessa. Tutkimuskysymystä on käsitelty lainopillisesti ja oikeusvertailevasti, lisäksi on haastateltu ympäristö- ja päästökauppaviranomaisen edustajaa sekä toiminnanharjoittajatahon edustajaa. Kummankin lupajärjestelmän kansainvälistä, yhteisöoikeudellista ja kansallista säädöspohjaa on tarkasteltu. YSL:n ja PKL:n keskeisiä käsitteitä on analysoitu säädösten soveltamisalojen leikkauskohtien selvittämiseksi. Oikeusvertailevassa osuudessa on tutkittu Ruotsin, Saksan ja Alankomaiden ympäristölupa- ja päästökauppalainsäädäntöä. Vertailtavat maat on valittu siten, että käytetyt implementointiratkaisut edustavat tutkimuskysymyksen kannalta erilaisia vaihtoehtoja. Työn tulosten perusteella voidaan todeta, että lupajärjestelmien menettelyllinen integrointi on mahdollista. Käsiteanalyysissä ei tullut esille seikkoja, jotka estäisivät säännöstöjen yhdentämistä merkittävien soveltamisalaeroavaisuuksien takia, joskin katvealueitakin esiintyy. Tarkastelluista käsitteistä esimerkiksi toiminnanharjoittajan käsite oli likipitäen identtinen kummassakin normistossa, päästön käsite puolestaan määrittää molempia säännöstöjä, mutta sisällöllisesti kuitenkin eroavasti. Toimialakohtaisia eroavaisuuksia sitä vastoin tuli esiin; näihin on tosin vireillä muutoksia sekä yhteisössä että Suomessa. YPEV-säännöstössä niin keskeinen pilaantumisen käsite puuttuu päästökauppanormistosta. Asiantuntijahaastatteluista kävi ilmi, että kaikki tahot pitivät nykyisiä lupajärjestelmiä toimivina; tilanne voi muuttua jos päästökauppajärjestelmä tulevaisuudessa kattaa muita kasvihuonekaasuja. Vertailevan aineiston perusteella havaittiin, että Saksassa lupajärjestelmät on yhdennetty, kun taas Ruotsin eriytetty päästökauppalainsäädäntö vastaa jokseenkin kotimaista. Alankomaiden ratkaisu poikkeaa edellisistä siinä, että kasvihuonekaasujen päästökauppajärjestelmä on yhdistetty jo ennestään säänneltyyn typen oksidien kauppaan. Hollannissa näyttäisi lisäksi olevan valmisteilla mittava lupajärjestelmien uudistaminen, yhdentävään suuntaan. Lupajärjestelmät ovat siis menettelyllisesti yhdennettävissä, mutta aineelliseen integrointiin sen sijaan tarvittaisiin kokonaan uusi lupainstrumentti.

Taloudellinen menestys etusijalla : Suomalaisten pörssiyritysten ympäristöasenteita

Tässä pro gradu -tutkielmassa selvitetään suomalaisten pörssiyritysten ympäristöasenteita. Asenteella tarkoitetaan suhteellisen pysyvää arviota tai toimintavalmiutta suhteessa ympäristöön. Lähtökohtaoletuksena on, että yrityksen perustehtävä on voiton tuottaminen osakkeenomistajille ja erilaisten sidosryhmien hyödyttäminen. Lähdeaineistona ovat yritysten yhteiskuntavastuu- ja ympäristöraportit, jotka on valittu OMX:n pohjoismaisen pörssin listalta niiden yritysten joukosta, joiden kotipaikka on Suomessa, jotka edustavat energian, perusteollisuuden ja yhdyskuntapalveluiden toimialaryhmää, ja jotka ovat julkaisseet erillisen ympäristö- tai yhteiskuntavastuuraportin. Tällaisia yrityksiä ovat Neste Oil, Fortum, Kemira, Outokumpu, Rautaruukki, M-real, Stora Enso ja UPM. Tutkimusmetodina on systemaattinen analyysi, jolla tarkoitetaan käsitteiden ja argumentaation analyysiä sekä johtopäätösten tekemistä analyysin pohjalta. Tutkimuskysymyksiä on kolme: Minkälaisia ympäristöasenteita lähteinä olevat suomalaisten pörssiyritysten ympäristö- ja yhteiskuntavastuuraportit sisältävät? Mitkä tekijät vaikuttavat tutkimuskohteena olevien yritysten ympäristöasenteisiin lähteiden perusteella? Millaisia toimintavalmiuksia yritysten ympäristöasenteet sisältävät lähteiden perusteella? Tutkielma jakaantuu johdannon, taustaluvun ja loppukatsauksen lisäksi kolmeen päälukuun. Taustaluvussa esitellään ihmis-, tekniikka- ja luontokeskeinen ympäristöasenne. Tämä kolmijako ja näiden eri asenteiden piirteet muodostavat haravan lähteiden analysoinnille sen selvittämiseksi, millainen asenne tutkimuksen kohteeksi valituilla yrityksillä on ympäristöön. Ensimmäisessä pääluvussa tarkastellaan kestävää kehitystä ja sen periaatteiden noudattamista, luonnonvarojen käyttöä raaka-aineena sekä toiminnalle asetettuja tavoitteita ja asiakkaiden toiveisiin vastaamista. Yritykset pyrkivät suojelemaan luontoa tuleville sukupolville, kehittämään ympäristömyötäisempiä tuotteita, käyttämään luonnonvaroja kestävästi ja hallitsemaan päästöjen ja jätteiden syntymistä teknisillä ratkaisuilla ja kierrätyksellä. Toisessa pääluvussa tarkastellaan taloudellisen menestyksen ja ympäristön hallinnan vaikutusta yritysten ympäristöasenteisiin. Asenteisiin vaikuttavat taloudellisen menestyksen saavuttaminen, hiilidioksidipäästöjen vähentäminen, ympäristöpoliittiset ohjauskeinot ja ympäristöasioiden hallinta. Kolmannessa pääluvussa tarkastellaan yritystoiminnan ympäristövaikutuksia, niiden taustalla olevia asenteita sekä millaisia toimintavalmiuksia asenteet sisältävät. Tällaisia toimintavalmiuksia ovat yritysten osallistuminen ympäristönsuojeluun, yrityksen ympäristövaikutukset sekä yhteistyö ympäristöjärjestöjen kanssa ja ympäristöntutkimus. Yritysten asenne ympäristöön on pääsääntöisesti ihmis- ja tekniikkakeskeinen. Luontokeskeinen asenne ympäristöön tulee raporteissa esille vain harvoin, esimerkiksi kuvattaessa ympäristövaikutuksia ekosysteemin ja luonnon monimuotoisuuden kannalta. Yritysten asenne ympäristöön painottuu tällöinkin ihmis- ja tekniikkakeskeiseksi, sillä ympäristönsuojelun motiivina voi olla vain ympäristöpoliittisiin vaatimuksiin vastaaminen tai yrityskuvan parantaminen.

Environmental effects of thermal and radioactive discharges from nuclear power plants in the boreal brackish-water conditions of the northern Baltic Sea

During recent decades, thermal and radioactive discharges from nuclear power plants into the aquatic environment have become the subject of lively debate as an ecological concern. The target of this thesis was to summarize the large quantity of results obtained in extensive monitoring programmes and studies carried out in recipient sea areas off the Finnish nuclear power plants at Loviisa and Olkiluoto during more than four decades. The Loviisa NPP is located on the coast of the Gulf of Finland and Olkiluoto NPP on that of the Bothnian Sea. The state of the Gulf of Finland is clearly more eutrophic; the nutrient concentrations in the surface water are about 1½ 2 times higher at Loviisa than at Olkiluoto, and the total phosphorus concentrations still increased in both areas (even doubled at Loviisa) between the early 1970s and 2000. Thus, it is a challenge to distinguish the local effects of thermal discharges from the general eutrophication process of the Gulf of Finland. The salinity is generally low in the brackish-water conditions of the northern Baltic Sea, being however about 1 higher at Olkiluoto than at Loviisa (the salinity of surface water varying at the latter from near to 0 in early spring to 4 6 in late autumn). Thus, many marine and fresh-water organisms live in the Loviisa area close to their limit of existence, which makes the biota sensitive to any additional stress. The characteristics of the discharge areas of the two sites differ from each other in many respects: the discharge area at Loviisa is a semi-enclosed bay in the inner archipelago, where the exchange of water is limited, while the discharge area at Olkiluoto is more open, and the exchange of water with the open Bothnian Sea is more effective. The effects of the cooling water discharged from the power plants on the temperatures in the sea were most obvious in winter. The formation of a permanent ice cover in the discharge areas has been delayed in early winter, and the break-up of the ice occurs earlier in spring. The prolonging of the growing season and the disturbance of the overwintering time, in conditions where the biota has adjusted to a distinct rest period in winter, have been the most significant biological effects of the thermal pollution. The soft-bottom macrofauna at Loviisa has deteriorated to the point of almost total extinction at many sampling stations during the past 40 years. A similar decline has been reported for the whole eastern Gulf of Finland. However, the local eutrophication process seems to have contributed into the decline of the zoobenthos in the discharge area at Loviisa. Thermal discharges have increased the production of organic matter, which again has led to more organic bottom deposits. These have in turn increased the tendency of the isolated deeps to a depletion of oxygen, and this has further caused strong remobilization of phosphorus from the bottom sediments. Phytoplankton primary production and primary production capacity doubled in the whole area between the late 1960s and the late 1990s, but started to decrease a little at the beginning of this century. The focus of the production shifted from spring to mid- and late summer. The general rise in the level of primary production was mainly due to the increase in nutrient concentrations over the whole Gulf of Finland, but the thermal discharge contributed to a stronger increase of production in the discharge area compared to that in the intake area. The eutrophication of littoral vegetation in the discharge area has been the most obvious, unambiguous and significant biological effect of the heated water. Myriophyllum spicatum, Potamogeton perfoliatus and Potamogeton pectinatus, and vigorous growths of numerous filamentous algae as their epiphytes have strongly increased in the vicinity of the cooling water outlet, where they have formed dense populations in the littoral zone in late summer. However, the strongest increase of phytobenthos has extended only to a distance of about 1 km from the outlet, i.e., the changes in vegetation have been largest in those areas that remain ice-free in winter. Similar trends were also discernible at Olkiluoto, but to a clearly smaller extent, which was due to the definitely weaker level of background eutrophy and nutrient concentrations in the Bothnian Sea, and the differing local hydrographical and biological factors prevailing in the Olkiluoto area. The level of primary production has also increased at Olkiluoto, but has remained at a clearly lower level than at Loviisa. In spite of the analogous changes observed in the macrozoobenthos, the benthic fauna has remained strong and diversified in the Olkiluoto area. Small amounts of local discharge nuclides were regularly detected in environmental samples taken from the discharge areas: tritium in seawater samples, and activation products, such as 60Co, 58Co, 54Mn, 110mAg, 51Cr, in suspended particulate matter, bottom sediments and in several indicator organisms (e.g., periphyton and Fucus vesiculosus) that effectively accumulate radioactive substances from the medium. The tritium discharges and the consequent detection frequency and concentrations of tritium in seawater were higher at Loviisa, but the concentrations of the activation products were higher at Olkiluoto, where traces of local discharge nuclides were also observed over a clearly wider area, due to the better exchange of water than at Loviisa, where local discharge nuclides were only detected outside Hästholmsfjärden Bay quite rarely and in smaller amounts. At the farthest, an insignificant trace amount (0.2 Bq kg-1 d.w.) of 60Co originating from Olkiluoto was detected in Fucus at a distance of 137 km from the power plant. Discharge nuclides from the local nuclear power plants were almost exclusively detected at the lower trophic levels of the ecosystems. Traces of local discharge nuclides were very seldom detected in fish, and even then only in very low quantities. As a consequence of the reduced discharges, the concentrations of local discharge nuclides in the environment have decreased noticeably in recent years at both Loviisa and Olkiluoto. Although the concentrations in environmental samples, and above all, the discharge data, are presented as seemingly large numbers, the radiation doses caused by them to the population and to the biota are very low, practically insignificant. The effects of the thermal discharges have been more significant, at least to the wildlife in the discharge areas of the cooling water, although the area of impact has been relatively small. The results show that the nutrient level and the exchange of water in the discharge area of a nuclear power plant are of crucial importance.

Disturbance in boreal spruce forest - immediate dynamics from stand to understorey level

The immediate effects of two human-related vegetation disturbances, (1) green tree retention (GTR) patch felling and scarification by harrowing and (2) experimental understorey vegetation layer removal, were examined in boreal forest stands in Finland. Effects of GTR patch felling and scarification on tree uprootings, on coarse woody debris (CWD) and on epixylic plant community were followed in upland and in paludified forest types. Uprootings increased considerably during 2-3 years after the fellings and were more frequent (47%) in the paludified than in the upland forest (13%). Scarification reduced 68% of the CWD in the felling area. Cover and especially species richness of epixylics declined in the both areas during 1-2 years after the felling. The increasing size of GTR patch correlated positively with the species richness. Regeneration of understorey vegetation community and Vaccinium myrtillus and Vaccinium vitis-idaea after different removals of vegetation layers in an old-growth forest took four years. The regeneration occurred mainly by vegetative means and it was faster in the terms of species richness than in the cover. In the most severe treatment, recovery occurred merely by sexual reproduction. V. myrtillus recovered mainly by producing new shoots. V. vitis-idaea recovered faster than V. myrtillus, mainly by increasing length growth. For ecological reasons, use of larger GTR patches on paludified biotope would be recommendable. In felling areas, scarification by harrowing could be replaced with some other spot-wise method. After moderate intensity level disturbance, recovery occurs rapidly by vegetative regrowth of the dominating species. High level of intensity may prevent the recovery of vegetation community for years, while enabling also the genetic regeneration of the initial species. Local anthropogenic-related disturbances are currently increasing and they can interact during temporally short times, which should be taken in to account in the future forest management plans.

Climate change and agriculture: theory and application of mitigation policies

Agriculture’s contribution to climate change is controversial as it is a significant source of greenhouse gases but also a sink of carbon. Hence its economic and technological potential to mitigate climate change have been argued to be noteworthy. However, social profitability of emission mitigation is a result from factors among emission reductions such as surface water quality impact or profit from production. Consequently, to value comprehensive results of agricultural climate emission mitigation practices, these co-effects to environment and economics should be taken into account. The objective of this thesis was to develop an integrated economic and ecological model to analyse the social welfare of crop cultivation in Finland on distinctive cultivation technologies, conventional tillage and conservation tillage (no-till). Further, we ask whether it would be privately or socially profitable to allocate some of barley cultivation for alternative land use, such as green set-aside or afforestation, when production costs, GHG’s and water quality impacts are taken into account. In the theoretical framework we depict the optimal input use and land allocation choices in terms of environmental impacts and profit from production and derive the optimal tax and payment policies for climate and water quality friendly land allocation. The empirical application of the model uses Finnish data about production cost and profit structure and environmental impacts. According to our results, given emission mitigation practices are not self-evidently beneficial for farmers or society. On the contrary, in some cases alternative land allocation could even reduce social welfare, profiting conventional crop cultivation. This is the case regarding mineral soils such as clay and silt soils. On organic agricultural soils, climate mitigation practices, in this case afforestation and green fallow give more promising results, decreasing climate emissions and nutrient runoff to water systems. No-till technology does not seem to profit climate mitigation although it does decrease other environmental impacts. Nevertheless, the data behind climate emission mitigation practices impact to production and climate is limited and partly contradictory. More specific experiment studies on interaction of emission mitigation practices and environment would be needed. Further study would be important. Particularly area specific production and environmental factors and also food security and safety and socio-economic impacts should be taken into account.

Luotettavaa tietoa ja merkityksellisiä valintoja – Kuluttajien ympäristövastuullista järkeilyä ilmastonmuutoksesta ja ohjausjärjestelmien hyväksyttävyydestä

Tutkielmassa tarkastellaan kuluttajien näkemyksiä ilmastonmuutoksesta ja ilmastovaikutusten seuranta- ja palautejärjestelmän hyväksyttävyydestä kulutuksen ohjauskeinona. 15 kuluttajaa kokeili kuukauden ajan kulutuksen ilmastovaikutusten seuranta- ja palautejärjestelmän demonstraatioversiota ja he osallistuivat kokeilun pohjalta aihepiiriä käsitelleeseen verkkokeskusteluun. Analysoin verkkokeskustelun aineistoa arkisen järkeilyn näkökulmasta tutkien kuluttajien ilmastonmuutokseen ja ympäristövastuullisuuteen liittyvää arkitietoa sekä palvelun hyväksyttävyyteen liittyviä heuristiikkoja. Ilmastonmuutoksen todettiin yleisesti olevan vielä melko abstrakti ja monitulkintainen ilmiö, minkä vuoksi kuluttajilla on vaikeuksia ymmärtää omien valintojensa konkreettista merkitystä ilmastonmuutoksen kannalta. Vaikka tietoa kulutuksen ilmastovaikutuksista on saatavilla paljon, niin erityisesti yritysten tuottama tieto koettiin ristiriitaiseksi ja osin epäluotettavaksi. Kuluttajat myös kritisoivat ilmastonmuutoskeskustelun tarjoamaa kapeaa näkemystä kulutuksen ympäristövaikutuksista. Hiilidioksidipäästöihin keskittymisen sijaan ympäristövaikutuksia tulisi kuluttajien mielestä tarkastella kokonaisuutena, josta ilmastovaikutukset muodostavat vain yhden osan. Tutkimukseen osallistuneiden kuluttajien kulutustottumuksiin ilmastonmuutos vaikutti eriasteisesti. Toisille ilmastonmuutoksesta oli muodostunut keskeinen omaa kulutusta ohjaava normi, kun taas toiset kertoivat pohtivansa ilmastovaikutuksia pääasiassa suurimpien hankintojen kohdalla. Ympäristövastuullisuudessa merkitykselliseksi koettiin tasapainon löytäminen ja henkilökohtainen tunne siitä, että kokee toimivansa oikein. Ilmasto- tai ympäristökysymyksiä punnitaan valinnoissa joustavasti yhdessä muiden tekijöiden kanssa. Vaikka kuluttajilla toisaalta olisi tietoa ja halua ottaa ilmasto- ja ympäristövaikutukset huomioon valinnoissaan, toimintaympäristö rajaa keskeisesti kuluttajien mahdollisuuksia toimia ympäristövastuullisesti. Tutkimus toi esille neljä kuluttajien käyttämää heuristiikkaa heidän pohtiessaan ilmastovaikutusten seuranta- ja palautejärjestelmän hyväksyttävyyden ehtoja ja toimivuutta ohjauskeinona. Ensinnäkin palvelun tulee olla käytettävyydeltään nopea ja vaivaton sekä tarjota tietoa havainnollisessa ja helposti ymmärrettävässä muodossa. Toiseksi palvelun tarjoaman tiedon tulee olla ehdottoman luotettavaa ja kuluttajien valintojen kannalta merkityksellistä siten, että palvelu ottaa huomioon erilaiset kuluttajat ja tiedontarpeet. Kolmanneksi palvelu tulee toteuttaa kokonaisvaltaisesti ja läpinäkyvästi useampien kaupparyhmittymien ja julkisten toimijoiden yhteistyönä. Neljänneksi toteutuksessa tulee huomioda palvelun kannustavuus ja kytkeytyminen muihin ohjauskeinoihin.

Local systems, global impacts : Using life cycle assessment to analyse the potential and constraints of industrial symbioses

Human activities extract and displace different substances and materials from the earth s crust, thus causing various environmental problems, such as climate change, acidification and eutrophication. As problems have become more complicated, more holistic measures that consider the origins and sources of pollutants have been called for. Industrial ecology is a field of science that forms a comprehensive framework for studying the interactions between the modern technological society and the environment. Industrial ecology considers humans and their technologies to be part of the natural environment, not separate from it. Industrial operations form natural systems that must also function as such within the constraints set by the biosphere. Industrial symbiosis (IS) is a central concept of industrial ecology. Industrial symbiosis studies look at the physical flows of materials and energy in local industrial systems. In an ideal IS, waste material and energy are exchanged by the actors of the system, thereby reducing the consumption of virgin material and energy inputs and the generation of waste and emissions. Companies are seen as part of the chains of suppliers and consumers that resemble those of natural ecosystems. The aim of this study was to analyse the environmental performance of an industrial symbiosis based on pulp and paper production, taking into account life cycle impacts as well. Life Cycle Assessment (LCA) is a tool for quantitatively and systematically evaluating the environmental aspects of a product, technology or service throughout its whole life cycle. Moreover, the Natural Step Sustainability Principles formed a conceptual framework for assessing the environmental performance of the case study symbiosis (Paper I). The environmental performance of the case study symbiosis was compared to four counterfactual reference scenarios in which the actors of the symbiosis operated on their own. The research methods used were process-based life cycle assessment (LCA) (Papers II and III) and hybrid LCA, which combines both process and input-output LCA (Paper IV). The results showed that the environmental impacts caused by the extraction and processing of the materials and the energy used by the symbiosis were considerable. If only the direct emissions and resource use of the symbiosis had been considered, less than half of the total environmental impacts of the system would have been taken into account. When the results were compared with the counterfactual reference scenarios, the net environmental impacts of the symbiosis were smaller than those of the reference scenarios. The reduction in environmental impacts was mainly due to changes in the way energy was produced. However, the results are sensitive to the way the reference scenarios are defined. LCA is a useful tool for assessing the overall environmental performance of industrial symbioses. It is recommended that in addition to the direct effects, the upstream impacts should be taken into account as well when assessing the environmental performance of industrial symbioses. Industrial symbiosis should be seen as part of the process of improving the environmental performance of a system. In some cases, it may be more efficient, from an environmental point of view, to focus on supply chain management instead.  

Use of wetland buffer areas to reduce nitrogen transport from forested catchments: Retention capacity, emissions of N2O and CH4 and vegetation composition dynamics

The use of buffer areas in forested catchments has been actively researched during the last 15 years; but until now, the research has mainly concentrated on the reduction of sediment and phosphorus loads, instead of nitrogen (N). The aim of this thesis was to examine the use of wetland buffer areas to reduce the nitrogen transport in forested catchments and to investigate the environmental impacts involved in their use. Besides the retention capacity, particular attention was paid to the main factors contributing to the N retention, the potential for increased N2O emissions after large N loading, the effects of peatland restoration for use as buffer areas on CH4 emissions, as well as the vegetation composition dynamics induced by the use of peatlands as buffer areas. To study the capacity of buffer areas to reduce N transport in forested catchments, we first used large artificial loadings of N, and then studied the capacity of buffer areas to reduce ammonium (NH4-N) export originating from ditch network maintenance areas in forested catchments. The potential for increased N2O emissions were studied using the closed chamber technique and a large artificial N loading at five buffer areas. Sampling for CH4 emissions and methane-cycling microbial populations were done on three restored buffer areas and on three buffers constructed on natural peatlands. Vegetation composition dynamics was studied at three buffer areas between 1996 and 2009. Wetland buffer areas were efficient in retaining inorganic N from inflow. The key factors contributing to the retention were the size and the length of the buffer, the hydrological loading and the rate of nutrient loading. Our results show that although the N2O emissions may increase temporarily to very high levels after a large N loading into the buffer area, the buffer areas in forested catchments should be viewed as insignificant sources of N2O. CH4 fluxes were substantially higher from buffers constructed on natural peatlands than from the restored buffer areas, probably because of the slow recovery of methanogens after restoration. The use of peatlands as buffer areas was followed by clear changes in plant species composition and the largest changes occurred in the upstream parts of the buffer areas and the wet lawn-level surfaces, where the contact between the vegetation and the through-flow waters was closer than for the downstream parts and dry hummock sites. The changes in the plant species composition may be an undesired phenomenon especially in the case of the mires representing endangered mire site types, and therefore the construction of new buffer areas should be primarily directed into drained peatland areas.

Säännöstelyjen kehittämistyön vaikutukset Oulujoen vesistössä : seurannan tulokset vuosina 1999–2009

Ympäristöviranomaiset ja Oulujoen vesistön alueella toimivat voimayhtiöt tekivät vuosina 1989–1992 monitieteisen selvityksen vesistöjen säännöstelyn kehittämiseksi. Kehittämisen tavoitteina oli ottaa virkistyskäytön tarpeet ja vesiluonnon tilaan vaikuttavat tekijät paremmin huomioon, mutta säilyttää säännöstelyn alkuperäinen tavoite, eli palvella energiantuotantoa sekä estää tulvavahinkoja ja rantavyöryjä. Selvityksen tuloksena annettiin Oulujoen vesistön säännöstelyä, siihen liittyvää ympäristönhoitoa ja tiedotusta koskevia kehittämissuosituksia. Suositusten perusteella otettiin käyttöön järvikohtaiset kesäajan vedenkorkeuksia ohjaavat tavoitetasot ja yläsuositukset. Kehittämisselvityksen tuloksena annettuja suosituksia alettiin noudattaa vuodesta 1993 lähtien. Ensimmäinen suositusten seurantaselvitys tehtiin vuonna 1998 ja tässä raportissa on esitelty vuoden 2009 seurantahankkeen tulokset. Syksyn 2009 seuranta osoittaa, että suositukset ovat toteutuneet pääasiassa hyvin. Niiden toteuttamisella on saavutettu säännöstelyn kehittämisselvityksessä asetettuja tavoitteita. Ennen kaikkea suositukset kesäajan vedenkorkeuksissa ovat toteutuneet hyvin lukuun ottamatta Kianta- ja Vuokkijärviä. Suositusten toteutumisen seurauksena vesistön virkistyskäyttömahdollisuudet ovat parantuneet. Käytössä olevat kesäajan vedenkorkeuksien tavoitetasot ja yläsuositukset ovat selvityksen perusteella tarpeelliset, ja suurin osa vesistön käyttäjistä pitääkin vedenkorkeuksia sopivana juhannuksesta elokuulle. Tarkastellun ajanjakson aikana Kianta- ja Vuokkijärvien vedenpintaa on jouduttu laskemaan voimalaitosten korjausten vuoksi; kesällä 2003 Ämmän ja Aittokosken voimalaitosten peruskorjauksen, kesällä 2005 Aittokosken voimalaitoksen turbiinin uusimisen ja kesällä 2008 Seitenoikean voimalaitoksen peruskorjauksen takia. Lisäksi erityisen matalia vedenkorkeuksia esiintyi kuivina vuosina 2003 ja 2006. Eri aikoina toteutettujen kasvillisuusseurantojen tulosten tulkintaa haittaavat voimakkaasti erot seurantamenetelmissä. Vuoden 2009 seurantatutkimuksen tulosten tulkintaa hankaloitti myös havaintovuoden 2003 poikkeuksellisen alhaiset vedenkorkeudet, jotka lisäsivät merkittävästi pienten häiriölajien lukumäärää säännösteltyjen järvien rantavyöhykkeellä. Vedenkorkeusanalyysin perusteella pitäisi tilanteen kasvillisuuden kannalta olla kuitenkin parantunut ja kasvillisuuden vyöhykkeisyyden olla paremmin kehittynyttä ja vakiintuneempaa verrattuna aiempiin tarkasteltuihin ajanjaksoihin. Kasvillisuuden strategia-analyysin perusteella voidaan todeta, että ylempi rantavyöhyke on vakiintuneempaa ja eroosion ja jään vaikutukset kasvillisuuteen ovat vähentyneet. Järvien vedenkorkeuden säännöstelyn on arvioitu vaikuttaneen negatiivisesti kalastoon pohjaeläinten muodostamien ravintovarojen vähenemisen takia. Säännösteltyjen kohdejärvien pohjaeläimistö erosi pääsääntöisesti vertailujärvien eläimistöstä, etenkin koostumuksensa perusteella. Rantavyöhykkeen eläimistö erosi vähiten lievemmin säännösteltyjen järvillä ja eniten voimakkaammin säännöstellyillä järvillä. Kuitenkin Oulujoen vesistön säännöstelyjen muutokset suosituksia edeltävän ja sen jälkeisen ajanjakson välillä ovat olleet pohjaeläimistön kannalta hyvin pieniä eikä pohjaeläinaineiston koostumuksessa tai runsaudessa ei ole havaittavissa sellaisia eroja tai yhdenmukaista kehityssuuntaa, jotka olisi yhdistettävissä säännöstelyssä toteutuneisiin muutoksiin ajanjaksojen välillä. Säännöstely vaikuttaa kalojen lisääntymiseen ja ravintovaroihin, sillä se voi heikentää pohjaeläimistön ja rantaeläinplanktonin elinolosuhteita sekä vaikeuttaa mädin säilymistä ja vähentää sopivien lisääntymisalueiden määrää. Säännöstelykäytännön muutoksen vaikutusta kalastoon on vaikea arvioida käytettävissä olevien saalis- tai yksikkösaalistietojen perusteella. Muutoksen mahdolliset vaikutukset kalakantoihin peittyvät samanaikaisesti istutuksissa tapahtuneisiin kalayhteisömuutoksiin. Kalastuksen suuntautumisen eri lajeihin aiheuttaa sen, että verkkokalastuksen yksikkösaaliit eivät enää välttämättä kerro todellisista muutoksista kalastossa. Vedenkorkeuksien vaihtelussa on Oulujärvellä kuitenkin tapahtunut kalakantojen kannalta myönteisiä muutoksia viimeisen kymmenen vuoden aikana. Tiedotuksen tarve säännöstelyn ja vedenkorkeuksien osalta nousi kyselytutkimuksessa vahvasti esiin. Vesistön käyttäjien yleiskuva säännöstelystä on huonontunut aiemmasta seurannasta vuonna 1998 lukuun ottamatta Oulujärveä, jossa yleiskuva on parantunut. Tehtyjen vesistön ja rantojen hoito- ja kunnostustöiden hyödyllisyys koetaan hyväksi, ja suurin osa vesistön käyttäjistä on sitä miltä, että alueella tulisi tehdä lisätoimenpiteitä vesistön käytön parantamiseksi.

Käyttövarmuusanalyysin tuottama tärkeysjärjestys elintarviketeollisuuden prosessilaitteille – Suuntaviivat kustannustietoisen kunnossapitostrategian luomiselle

Hallitsematon ja reaktiivinen kunnossapito on eräs tuotannon suurimpia kustannustekijöistä. Suunnitelmallisesti ja systemaattisesti johdettuna kunnossapito on tuotantotehokkuuden suurin vaikuttaja. Merkittävä osa tuotannon tehokkuuden ylläpidosta saavutetaan laitteiden käyttövarmuudella. Käyttövarmuuden saaminen hallintaan perustuu ennakoivan kunnossapidon määrän kasvattamiseen. Samalla korjaavan kunnossapidon kustannusriski laskee ja siihen käytetty panos vähenee. Huonolla kunnossapidon suunnitelmallisuudella on päinvastaiset vaikutukset. Tavoitteena on määritellä prosessilaitteiden käyttövarmuuksiin perustuva laitekriittisyys. Tutkimuksessa yhdistetään riskien arviointimenetelmiä, joilla keskimääräiset vikavälit ja seuraukset valmistukseen mallinnetaan. Kriittisyystekijöitä ovat käytettävyys, luotettavuus, kustannustekijät, turvallisuus ja ympäristövaikutukset. Tekijöiden arvottamiseen kehitettiin riksianalyysitaulukko. Kriittisyysluokat jaettiin kolmeen kategoriaan, joista A on kriittisin, B keskinkertainen ja C on matalin luokka. Lähtötietojen keräys toteutettiin triangulaatiomenetelmää soveltaen. Empiirisessä osassa HKScan Oy:n lihanjalostustehtaan jauheliha- ja kestomakkaraosastojen laitteet jaettiin A-, B- ja C-luokkiin. Kriittisimpiä laitteita oli 20 prosenttia analysoidusta laitemäärästä. Nämä A-luokkaan sijoitetut laitteet aiheuttavat 80 prosenttia kustannusriskeistä. B-luokkaan kuuluu 50 prosenttia ja C-luokkaan 30 prosenttia laitteista. Luokittelusta erotettiin havaitut turvallisuusriskit riskienhallinnan toimenpiteitä varten. Kustannustietoinen kriittisyysluokittelu on pohja kunnossapitostrategian rakentamiselle. Tämän avuksi esitettiin taulukot huolto-ohjelman luomiseen ja luokituksien hyödyntämiseen päivittäisessä toiminnassa.